传热学知识点总结

章

§1-1“三个W”

§1-2热量做初三种基本加弋

§1-3传热过不呈和传热系数

要求：通海章的学习，读荀飒热■传递的新基本用传榭程及热阻的概念W所

了解用幽獭触我算蹴寇际4嘀钠懒问题谢亍分析（郁峻解递

方动环节）o作为睹论本章对全书的主要内容作了胸聒但没有深化具体繇入

帆论在随后的章节利械。

本章重点：

1.僦的籁斛问题

物本内箫蹶分布的计算与去

和谜速率

增强或削弱热传递速率的方法

2.腼

(1).嬲微观粒子的热翩而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下

傅立叶导热公式：

的海|1公式：

⑶.辐射换热任何T处T绝木零度以h的物体都具有发触辐射和刑嫌辐射的能力，辐

射螂就是这两乍用的结果。由于电磁皮只能直线f播所以只有两个物体相互看

发生辐射螂。

黑体热辐射公式：

实际物体热辐M：

3.传热过程及传热礴热量从固壁一侧的洞本般雏向另TR赫体的雌。

最简单的传热过程由三个环节串恸成。

傅立叶定律

能量守恒定津牛顿冷却公式+质量动量守恒定律

四次方定律

0

1.母系触解

各种方式热量传递的栅1不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。

2.热且脸

吗&讲榔且只适ffll隹热量做窕程且在像纲程中热量不能有任（硬式制辘。

1.冬后大m晒a的棉端起来彳即爰和，经aw打以后，效果败口明显。为f十么？

2.试分析室内暖气片的散热过程。

3.冬天住右新建的剧魔比住旧楼房感觉更冷。试^传热学观酬释原因。

4.从教材表I给出的几他数值你可以得M卜么结论？

5.夏天有两个完全相同的液氮贮存容器放在起•个表面沙吉霜，另一个则没有。请问那

个容器的隔热I•生能更好，为什么？

第二章及稳态导热

§2-1导热的基本概念和定律

§2-2导热微分方程

§2-3稳态导热

§2-4伸展体的维稳态导热

要求：本章邮重踞ourier定律及其应用影响导热秘［的因素及导热问题飕学描

写一导热微分*程及定僦件。御陵砒K喇1种典型几何形状物体的T联导

热问题用分析方法确定物体内的温度分布和通过物体的导热量。

样蛛：

温度场t=f(x,y,z,T),稳态与嘏懿T隹与二维

导热系数入

(1)2.导热基本定律：

⑵可以认为是由傅立叶导热公式引深而得到，并具有更广泛的适应性。

⑶可以应用于三维温度场中任何一个指定的方向

(4)不要求物体的导热系数必须是常数

⑸不要求沿x方向的导热量处处相等

(6)不要求沿x方向的温®梯度处处相等

⑺不购t是稳态导热

3.^方程式及定朦件

1)导热微分方程T温制了物体内部的温度分布规律故亦称为温曲制历程只适用甘刎本

的内部不适用于物体的表面或边界。甦性标系形式的限制。其推导依据是能量守恒定

律和傅立叶定律。

2)定解条件

定解条件包括加台条件和边界条件。

第一类边界条件给定边界上的温度值

第二类边界条件给定边界上的热流密度值

第三类边界条傍合定边界对湘奂热条件

3)求解思胳

求W导热问题的思潞主要遵循“物理问豚啜学描写o求解方穆瑞度分行热量i十算”

4.热问题的解析解

1)如何判断问题是否这隹

2)^^中求解方法

对具体T皤态无内热源常物性导热问题T有两种求解方法：一是直接对导热微分方

程从数学上求解二是利用fourier定律直接积分。前者只能得出温度分布再应用fourier

热流量。

3)温度分布曲线的绘制

对一维稳态无内热源导热问题，当沿热流方向有面积或导热系数的变化时,

例th很容易判断温度分布。

本章难点是对傅立口I导热定律的深入理解并结合能量守恒定律灵活应用这是研究及解决

所有热传导问题的基础。

题

1.如图所示为一维稳态导热的两层平壁内温度分布，导热系数人均为常数。试确定：

⑴ql,q2及q3的相对大小；⑵入1和入2的相对大小。

2.T求形蝠瞿内有T96((的液氮外直径为2m,夕也俯龈厚30cm,其入=0.6w/nik。

环境温度高达40((,罐外空气与保温层间的h=5w/也k试计算通过保温层的热损失并判断

偶卜是:霜。

3.i雌导变截面伸展体的导热微分方程并写出其边界条(牛。假设伸展体内导热是谁的。

第三章三需恭导热

§3-1非检!态导热的基本概念

§3T集总、参数法

§3-3三瞪态导热过程tl搬分方程分析

要求：通过本章的学习，读者僦练婚需在导热的基本特点集总参辘的基本原理

及其应用，—瞬舔导热问题的分析解到每斯勒图的使用方法。读者应能分析简化澳际

牺问布并让E一段时间间隔内物体

样献

刀需恭导榭程

1.实质：由于某种原因使物体内某点不断有净热融收或放出，形成了非稳态温度场。

2.一^黑态导热的三种B形：见教材03-3。

3.Bi,Fo数的^理意义

二集总参数法

1.实质：贻导M内部热阻忽略不计艮⑻(0时研和畸态导热的种方法。判别怫:

Bi<0.IMo

2.时间械

3.几点说明：导热体外的换热条件不局限于对流换热。建立导热微分方程的®本依据是能

量守国g律；加i数的定义部或用未央耐，事先心去知SBi数的大小，11•时先

假设第总参数法条件成立，待求出h或1之后，进行校核。

三美髓林导热分析解

1.前提：T隹、无内热源、常物也Bi(或有限大。

2.三麋态导热的正规因邺介外野。>0.2以后，脚急态导热进入正规状涮介段。此I寸从数

学上视为解的无穷级数只需取第一项从物理上表现为初始条件影响消失，只剩下边界

条件和几何因素的影响。

本章难点：

1.对傅立叶数F。和毕渥数Bi栅蛤义的理解。

2.集总教法和T隹胴■导热问题分析解的定量计算。

思考题：

1.两个侧E积和厚廊附同的大平板也一样，但导温毅fo不同。女畸它行遣于同田

膛中力燃哪FfefeW户膛温度？

2.两块厚度为3011n的无限大平板，初始mWC,分别用铜和钢制成平板两侧表面踱

突然上升至060c试计算使两板中心般匀上升至蜕℃时,两板所需时间比。已知湎H⑬

aflx|-12.9(10-6ni2/s)o

3.某同孰用集总参数法求解T影:圆柱麻|髓态导热问题他算出了Fo和Bi数结果发

施i不满足集总参数法的条件，于受他改用Fo和i数查海斯勒图，你认为他的结果对吗

为什么？

4.在教材图3~6中，当越4时越小，此I寸其他参数不期寸越小。即表明

砌、，平板中心媪度峨©流体S度。这说明越〃W寸物体被Jj口热反而温升越决与事

实不符，请指出.上述分析错误在什么地方。

5.用热电偶测量气罐中气体的温度热电偶初始©现0C与气体表面h=10w/Mk,热电

偶近似^球形，直倒.2nnio试计算插入10s后热电偶的过余温;豺初始过余温度的百分

之几？要使温度用1余温度不大于初赳余温度的1%,至少需要多长时间？已知热电偶焊

锡丝的=67w/m.k,p=7310kg/m3,c=228J/kg.k。

第五章对流换热

§5-1对流换热概说

§5-2对流换热的数学描写

§5-3对流换热边界层微分方程组

§5-4相似理论基础

§5-5管内受迫流动

§5-6横向夕根圆管的部流换热

§5-7自婚惭换热及实验关联式

要求；通过科的学习，读^应从定性h熟练般瞬赧懒理及触响因素边界层

概念及其应用以及在相似a论指导下频缔防法法俎黜针对具健想过程的

热(管槽内强制m夕制2板、单管及雷喇捌流大

空间自然对流)的表面传热翘吸换热量。

理磁热是流体掠过与之有助的壁面时发生的^量传递。导热和对流同时起作用。表面

传热系物是过程量。

研究对流换热的目的从定生L讲是揭示对流^热机理并针对具体问题提出强化换热措施,

从定量k讲是能计算不同形式的对流换热问题的h及Q。

对流换热的影1向因素总的来说包括流体的流动起因、流动状态、换热面几何因素、相变及

流体热物除。亦说明h是一复杂的过程晟Newton冷公式仅仅是其定灯北

二

三问题的实质

分析法求解砌曲热问题的雌是获得正确的充体内温度分布，然后利用与-3求出h,进

而得至坪均耙帷^系数。

四.层概念及其应用

速度和油堂边界层的特点及二者的区别。温度边界层内流体温度变化剧烈，是X惭换热的

主要热阻所在。

数彭娟比周隹导边界层微分方程组常用的方法。基于：

五相似理

对流换热的主要研究方法是在相似理论指导下的四方法。学习相似理论，应充分理解并

掌握三个要点：如何却陵验（应则的量）；实验黜和整理方法；所得实验关联瑁旷

应用的条件。

准则数一般表现为相同最陟理量或I漉fflM合的比值在具体问题中表示的并不是其比

值的真正大小，而是该比值6校化趋势。

传热与流动中常见的准则数R。、Pr、Nu、Gr、Bi、Fo,其定义和颂!意义是应该麒掌握

的。

大无曲惭螂的定量H算

隘：

判断问题的性质

选择正确的实验关联式

三大特ti遑的选取：、、

牛酩却公式对不同的换热，温差和换热面积有区别

实际问题中常常需要使用迭代方法求解计算结束时应校核前提条件是否满足。（

或则，需先假定流态最后再校核）

楙换热常常与辐期奂热同时起作用，尤其在有气体参与加殆。

对确蝴理和a程的理解

相似原理市棉滩则数意义的理解

定量计拿

思考题；

1,管内麟附流换热，为何采用短管或弯管可以强化流体换热？

2.其它条件相同时，同一根管子横向冲刷用纵向冲刷比哪个的h大，为什么？

工在地球表面某实验室内设计的自然对流换热实验，至及空中是否仍有效？为什么？

4.由式中没有出现流息（h与流体速度场无关这样说对吗？

5.一般情况卜粘度大的流体期r也大。由可知，PrW；Nu磔蚁，从研

也越大，即粘度大的流体其h也越高这与经验结论相悖，为什么？

6.设圆管内麟时流处于均匀壁温tw的条件，流动和换热达充分发展阶段。流体进口If',

质量流量为qm,定压比热容为cp,流体与壁面间表面传热系数沏。试证明下列关系式成

立:

式中p榜横截面周长tfx指流体在截面X处平均温5。

7.初温为350媚为1.Ikg/s的水进入直径用Onin的加热管加热。管内壁温为65℃,如

果要求水的出口温度为45℃,管长为多长？如果改用四根等长、直径为25画的管子并联

代替前一根管子，问每根管子应为多长？

^与沸酷热

凝结换热现象

膜K搬吉分棺版块验知斌

影W疑结换热的因素

腾换热现象

腾换热式

影响沸腾换热的因素

要求：通过样的学习，读者应M定性方面和沸腾解对翩味昉式的特点、影

响因素和强化措施尤其是膜伏曲慑循因素和大容器邮沸腾曲线。从定量上应

港、水平学防唯束雌I喻透侑券纨裁骸楸腾及曲热流密度的H算。

1.现象与特点

产生条件是壁面温度〈蒸气饱和温度。珠状凝结和膜状凝结的特点、热量传递规律h珠

为汁蹴但不能持久。

2.竖壁膜状凝结

Nusselt分析解基于9条假设，视液I摸内只有纯导热。因此要获得局部表面传热系数只需

获得该处液B痹度。

3.膜K影吉的工程I博

流S判别（Re迭代外关联式；注意特征K度和定由S度

4影响因素

掌握膜状凝结诸影J向因素，J泼是不凝性气体和蒸气流速的影响机理

5.凝结换热的强化

当影吉掷眼传热过程主要分热阻时，强假煤较好。强化的原则主要是破坏或减期硼莫

层，呦噬搬蚓《。

1.特点

饱柄弗腾和过冷沸腾；大容器沸腾和麟W流沸腾；沸腾与蒸发。汽化核心数是衡量强化

沸腾的重要参数。

2.大容器嬲啼腾曲线

曲线形式随着（t（,四个不同区域的换热规律和特点。核态沸腾是丁业中理想的工作区

域其温差小，换热强。

3.沸腾换热的两种加热方式

控$憧温（改变壁温tw与液体饱和温度is之差（t=tw-ts,q的大小受沸腾侧影响很大。）

控制热流（改变壁面处的热流密度q,q取决于外部施加的条件，而与h无关）。

4.临界热流密度cu的意义

对热流可控：使q<wax,保证设备安全运行攸嬷毁

对壁^可控：使（K（tc,保证设备做®制专热癖

5.沸腾换热的工程H算

计算公式的以合旺搬较大因为弗腾换热帕蝮杂勖成表面景如很大。

6.汽化核心

结合汽化核IL概翻懈沸腾换热fl现结合大容器饱W沸腾曲线了解气泡的生成、长大、

兑离、唳等规律

7.潮嬲蜴邠J因翔口强化

沸圈姊歌向因素就S气泡动的歙向因素。强化沸啕姊的谩出友居增力瞟面

汽化核心数，基本手段是沸腾表面的特用jni。

）嵯与沸蹴热楣里和过程的螂

层流膜状凝结Nusselt简化分析的理解

沸腾换热中烧毁点的理解

思考题

1.蝇施斗后其施吉换以版面传热系数I侬晌变化？刈十么？

2.沏十么蒸气中含有不钿生气体寥响踏鳏的麟？

3.两滴完全相同的水在大气压下分别滴在«面温度为120和400的铁板匕哪块板£的

水先檄讦？为什么？

4.在/动力冷凝器中主要冷凝介质是水蒸气制冷系统的冷凝器中介质是氟利昂蒸气。

在跋际中常常要强化制冷设备中的凝结换热而不强化电力设备中的，为什么？

5.压力为1.013（105Pa的饱和水蒸气用壁温湖0的水平铜管来凝结。方案一是用一根

直径为10cm的铜^方案二是用10根直径为1cm的铜管。其峥件都相同哪个方案产生的

凝液量多？

6.一竖管，管长为管径脩1倍。为使管子竖放与平放的凝结表面传热系数相等必须在竖

管上安装多少个泄液盘？设ffl令隗液盘之间距离相等。

^4^热辐射基4淀律及物体6褊蝴性

§7-1热翻寸的基词脸

§7-2黑僭渊S*定律

§7-3实际物体的发射特性

§7-4实1渤柯娜蝴生

要求：本章重点是了僦檎撒特点格热辐射的一联本脸学习并理懒写黑体

翩的几催榜律。理解基尔霍夫定律的含义及其作用，了解灰体明邮特别^灰体

与实际物体的差异。

科翱

1.

1)热辐射指物体由于热的原因发射电磁波的过程。对工程实际的大多数问题来说热融寸

特性主要是红外线的特性因此不能用可见光的理论来解释。

2)固体和夜体口懒射种则娓在物体表面±a行，而气体却在整个容积中进行。由此对固

体和液体在研究磨,用r吸收特性时均只研究半球空间。

3)黑体的定义是吸收比为1的物体，它是研箱翻换热最重要的简化模型。实际物体的^翻寸

与吸收都以黑体为参照对象。在相同温度的物体中，黑体的械描力和吸收能力都是最大

的。

4)“漫射体”和“灰体”是翻换热研究中另外两个重要模型。漫射体是指辐^特性嘀

向无关I怫5体灰体是指单色吸收比((()与波长无关的物体。

2.斯蒂芬-玻尔兹曼(S-B)定律

EtFoTw/m"

3.普朗克(Planck)定律和维恩(Wien)位移定律

Planck定律描述黑体的Eb(随(变化的规律。Eb(=f((,T),某一T的曲线刚眨间的面积

代表了该F下皿b,并且T越高，曲线的峰f谯往®波方向移动。T•(帕常数就题ien位移

定律。

4.兰贝特(lanbert)定律

lambert定律描述的是黑体辐M能量在半球空间不同方向上的分布规律。应注意此时是指

半球空间某一指定方向全部波长能量的分布规律，在不同方向上能量的划交只有在相同

立体角的基研lh才有意义。

Lambert定律表明，虽然黑例薪血半球空间各方向的能量不相同(沿表tffi丝访向最大,

切线方向最小)，但定向辐射强度却相同，这是由于定向辐射力的定义中强调的是辐射表

面的面积而定。照射强g中用到的是可如翻寸面积所以表面澎昉向可见翻面积最

大，其微才能亦最大，切线方向可见面积为零则辐射能也为零。黑体的定向辐射强弟

常数。具有这种悔性的表面即为漫射表面。漫射表面并非一定是黑体表面。

5.黑体辐射函数

Fb(卜()表示某一T下物体在卜(波长范围内黑体辐射^^占同T下黑幅翻寸力的百分比。它

用来计算黑体或实际物体的辐^寸。见教材例7-4,7-50

灰体和漫射体是实际掰本的两种有效简化。

1)物体的发射率只取决于其表面特性与外界条件无关

2)对硼阚料而言一®:有(粗糙面＞(磨光而(氧化表面＞G阐化面

3)起滕面的(R.95(n,粗糙表面的(R.98(n。工®中/■((()=(n=(,但高

度磨光金属表面(=1.2(n

4)实际物体微寸力并非严格与T4呈正比但通常仍用T4表示，而把其它复杂因素归于(中。

5)实际物体在表面法线方向贻RT60。范围内的定向发射率均保持常数而表面发射的

辐射^绝大部会中在这一区域因此通常认为金属和非金属表面为漫射表面。

三实际物体的吸收特性

实际物体的吸收特例比其发射特性复杂，吸收比不仅取决于自身表面特性返搬入辐

射的波长具有选择性。灰体是对实际物体的吸收比进行抽象简化后的理想模型，它的

((()((二常数。

对灰体的理解，只要在所研究的辐^能蕾盖的波长范围内((()(常数即可，而不必追求对

所有波长都严格成立

四.^KS^(Kirchhoff)辘

Kirchhoff定律将实际物体的发射率^吸收比联系起来。(⑴二(⑴要求该物体在与黑体

处丁热平衡时成立。对漫^灰体而言，则1W((T)=(⑴，而不需要附加条件。

1)Kirchhoff定律的三种不同表达式及其成立条件

2)研苑以M谢的靓时，不那里利用((()=((()这条件因为邸H辐射不能作为

3)对漫灰表面(⑴二((T),表明同温度下黑体辐射力最大善于发射的物体必善于吸收

对黑体(二(刁

4)引入Kirchhoff定律后，物体的(与(被联系在逃由于物体的(只取决于自身的温度及

表面状况一般炖冲只给出(的碗。

对例磁定义的聊

对Lambert定律意义的认识

引入漫灰表面的原因、作用和适用条件

Kirchhoff定彳®和牛

思考题：

1.解释下列名词：定向辐射®度、立体角、光谱发^率、灰体、漫射表面

2.北方深秋的m晨常有霜降试问树叶上、下表面的哪一面结霜？为什么？

3.“善干效寸的物体£溶刊邮T,即物f榔射力越大飒收比也！妖你认为对欧

4.窗宓离对红外线几乎不透明，为(I么隔着蝴朋印日会盛岷和？

5.选择太阳能集热器的表面涂料时，其((()的最佳曲线腿怎样的？耳瞰ffl硼翻探暖

片也应掰这种激妈？

6.白天投射至咏平屋顶上的太阳照度Gs=1100w/m2,室外空气贯二27,有风剜时空气

与屋顶的h=25w/n^K,屋顶下表面绝热，上表面发射率(《2,对太阳辐射的吸收比(S=0.6,

求稳定状态下屋顶的温度。设太空温度为绝对零度。

7.一M00W的灯泡在1：作时，铝丝温度湿778K,鸨丝表面黑度为0.3。求其发光效率。

第八章翩胸倍

§8-1角系数

§8-2两固体表面间硼副寸换热

§8-3多表面系统解副寸换热

§8-44翻拂热的强化与削弱

§8-5气体辐

本章要求掌泳数的定义、性质及计算方法。重点是利用他分析法计#角系数。

礴求读者熟练运用有效髓I概念及辐射网络图对两漫灰表面及三个漫灰表面组成娥

獭谢灌射嫌须算蝴翩僦剧呜肖喝躺颠、侬板的辘颜狎。

重点：

一角^

1.角系啦哪勺是能影湎的关系与悌跋躺SM在空间不防向的分布、两例楸几

何训®物体间距®W关。

2.漫发射体对其它物体的角系数是纯几何皴。

3.角系数的相对性、凝性和可加牛是求角系数的基本关领。

二物体间的辐辘蝴算

1.用漫灰体代替实际物体辐射换热计算大为简化。因为：角系数是纯JL何参数且（二（。

2.投入翩G和有效

TW面蹴也辐M是翩源统中所有其它辐射面投向该面的热翩寸总机

一个辐射面的有效翻提离开这个面的所有热辐H包括本身热辐W及反射热辐W本身热

福射只与该藕射面的特性有关，反射热融寸与其所在的辐射系统有很大关系。

一个醐•面（JY）的大小院了该面是吸收热量觎出热量。

3.表面辐射热阻和空|诃辐射热阻

表面辐射热血表示一个削法与辐射换热肯沙与黑体的差别。其大小与表面的辐射掰生

（吸收特性（都有关系只是在（二（时有较为简单的表达式。

空间辐射热阻表示两个辐射面由于空间位置所引磔獭射换热能力的减小，其大小只与两

表面间的空间结构行关。

4.络

辐射M络画好后，建立热辐^方程主要依据两个原理：其T能S守恒，即流入某一节点

的热量之檄（和为零；其二蹦射热流率等璃射驱动力除以辐射热阻的原理。

螂射面和黑体的区别：殿熠起^揄的尸Eb。对重翻面来说J二Eb是一个浮动热势,

它与其它表面的J及空间热阻有关。而对黑体表面来说J二Eb是源热势，不依赖于其它表

面。二者在网络Kt亦有区别。

5.辐射换热计算的要求

我们所N论神视换热”第锂于如下叫勺：

1）封闭蹴8

2）m^

3）所有表面不透明，但表面被透热介质隔开

4）^®具有漫灰性质

5）年茕面的府麴翻寸J剧的的。

6）十对流换热

三辐地蝌飒与肖庭

1.遮热板的原理：力口入一块遮热板增加了两个表面热阻和一个空间热血囚此微、」换热降

低

2.遮热板的应用：教材例8~9,8-10

四^体翩特点

气体辐射对波长的选择性，容积性.不同气体辐本领有差异。“温室效应”现象的解释

辐射献喀词术语汇总

黑体、灰体、漫射体、封闭腔、翰射面

翩力R、光谱翩"力Eh窝摔（黑囿£、定邮蹴强胤、有然糊J、投A辐冰

吸收ttoc、反射匕S、穿透比印、光谱吸收松鼠）、黑体辎射函数K砍

S-B定律、Planck定律、Wien位移定律、Lambert定律、Kirchhoff定律

角系数Xi,j、角系数性质

表面的净辐射换热量（i、辐比换热量（i,j、表面辐射热阻、空间辐射热阻

遮热板、透热介质

立体角。、网络法

思考题：

1.试解释下列名词：有效辐射，表面辐射热阻重辐射面，遮热板

2.黑体f睡僦寸面都有尸Eb。是否都幡二者有相同的颉？

3.在太阳系中期物口火M距太阳的距离相当为什么火星表面温蜗夜变化要旧顿次得

多？

4.试^下列各图除中邮1,2

5.一直径%）.8mfi储簸淅贮潞器，嬲T直径沏.9同口薄靖黝泡B

两容除面为槌明的漫蜂面，黑度均为0.05,瞬赚面之间是真空的。如果相

的温度为300K,内表醴度知5K,试求由于蒸发

为

传热过程与换热器

§9-1复合换热过程

§9-2传热迸给析和计算

§9-3传热的韵西削弱

§%4披木器

§9-5换热器的热计算

要求：通过本章学习,〔合螂的分析计算传热过程的分析H算

对娄印廓间壁式麒器的设计和校核计算从定1辘度应幽传热过程awa

分析方法、।罐耨岭直径的含义、综骸热问题的分析磁。

重点：

1.传热时程的分析方法

I0传热计算中引入传热系数不限热过碘S为流体进出口温耐匕■温容易测蜃。

榭啦程是f复杂的恻I过程f.犍的传热过程砂有三个换热环节串联而成每

个串联环必乂可能是若干个换热方式的并联。传热系数应理解成复合换热的表面传热系

数。

榭热系